Материала усталости

где я и n — постоянные политропы материала, уравнение которой имеет вид — а0 + п = (р0 + n)(r0/R)2n; при т = 0 имеем уравнение движения жидкости.

.Учитывая это, для идеального кристаллического материала уравнение (10) можно записать так:

В разделе III рассматривалось применение общего критерия разрушения и метода послойного анализа прочности слоистых структур большой толщины. Для трансверсально изотропного однонаправленного композиционного материала уравнение (31) имеет вид

где F, G, H, N — константы материала; 1, 2, 3 — главные оси симметрии материала. Уравнение (4.1) эквивалентно уравнению, предложенному Мариной [10], при условии, что
Наиболее полно и наглядно задача сравнения многочисленных теплозащитных покрытий решается при квазистационарном разрушении, когда скорости перемещения всех изотерм или фронтов разрушения внутри материала совпадают со скоростью перемещения внешней поверхности. В этом случае тепло, затрачиваемое на нагрев внутренних слоев, не зависит от коэффициента теплопроводности материала [уравнение (3-50) ], и определяется не температурным полем, а внутренним теплосодержанием нагретого слоя. Таким образом, независимо от предыстории нагрева эффективность данного теплозащитного покрытия может быть охарактеризована аналогично формуле (3-1) тепловым балансом на разрушающейся поверхности:

Видно, что в отличие от неразрушающихся теплозащитных покрытий подведенный извне конвективный тепловой поток (подведенный радиационный поток не учитывается) в данном случае расходуется не только на излучение нагретой поверхности еоГ^ и на увеличение теплосодержания материала, но и на поверхностные физико-химические превращения с расходом массы Gw и тепловым эффектом AQ№. Кроме того, интенсивность теплообмена снижается за счет вдува газообразных продуктов разрушения в пограничный слой [уравнение (4-12)].

Уравнение изменения температуры на фактическом фрикционном контакте при наличии смазочного материала

Уравнение (2.1) для анизотропного материала отличается от аналогичного уравнения для изотропного материала прежде всего тем, что в случае изотропии параметр материала F представляет собой единственную скалярную константу, а для анизотропного материала F может быть совокупностью многих параметров материала, вид которой определяется конкретной записью критерия прочности.

где / [а, е] — диаграмма деформирования материала (уравнение состояния); / — размер трещины; ав — предел прочности; ат — предел текучести; а_! — предел выносливости; адп — предел длительной прочности; ад — предел прочности при длительном нагружении; ак, ек — критическое напряжение и критическая деформация при наличии трещин.

где /[а, е] — диаграмма деформирования материала (уравнение состояния); / — размер толщины; а„— предел прочности, ат — предел текучести; a_j — предел выносливости, адп — предел длительной прочности, ад — предел прочности при длительном нагружении, ак, ек — критическое напряжение и критическая деформация при наличии трещин.

в котором р — плотность материала; уравнение совместности здесь таково:

Значения т колеблются в значительных пределах в зависимости от свойств материала, формы детали и коэффициента асимметрии цикла. При г = — 1 у гладких образцов т = 8 4- 15; у деталей с концентраторами напряжений т = 3 т- 8. Величина т может до известной степени служить мерилом сопротивления материала усталости. Чем меньше значение иг (чем круче наклон кривой усталости), тем меньше долговечность деталей при напряжениях, превосходящих предел выносливости, и, как правило, меньше предел выносливости.

Физическое состояние поверхностного слоя деталей и его напряженность, обусловленные механической обработкой, оказывают существенное влияние на эксплуатационные свойства и прежде всего на их усталостную прочность. Остаточные напряжения и деформационное упрочнение поверхностного слоя в условиях циклического нагружения и рабочих температур могут положительно и отрицательно влиять на сопротивление материала усталости. В связи с этим представляет большой научный и практический интерес изучение устойчивости поверхностного наклепа и остаточных макронапряжений после механической обработки в зависимости от температуры и продолжительности нагрева.

Группа образцов для испытаний на усталость характеризуется повышенными требованиями в отношении обработки поверхности, значительной зависимостью формы и размеров образца от вида испытаний (типа испытательной машины). Для получения хар-к выносливости, свободных от влияния состояния поверхности, последней операцией при изготовлении образца должна быть механич. или элек-тролитич. полировка. Для испытания на усталость применяются две формы рабочей части гладких образцов: 1) с постоянным сечением и 2) с переменным сечением (см. рис. 1). Недостатком первой формы образцов является концентрация напряжений в месте перехода цилиндрич. части к галтели, что приводит к разрушениям преимущественно вблизи галтели, и в этом случае результаты испытаний не могут характеризовать истинное сопротивление материала усталости. В настоящее время чаще применяются образцы формы, лишенные перечисленных недостатков. Однако с точки зрения статистич. фактора (нахождение различного, рода ослаблений в нек-ром объеме

Значения т колеблются в значительных пределах в зависимости от свойств материала, формы детали и коэффициента асимметрии цикла. При г = — 1 у гладких образцов тн = 8 — 15; у деталей с концентраторами напряжений т .= 3 т- 8. Величина т может до известной степени служить мерилом сопротивления материала усталости. Чем меньше значение т (чем круче наклон кривой усталости), тем меньше долговечность деталей при напряжениях, превосходящих предел выносливости, и, как правило, меньше предел выносливости.

Необходимо иметь также в виду зависимость сопротивления материала усталости от остаточных напряжений после ковки или прокатки и от направления волокон. Предел усталости образцов, вырезанных из поковок поперёк волокон, может оказаться на 20 -25%

Механическая обработка образцов. -Сопротивление материала усталости в сильнейшей степени зависит от состояния поверхности образца или детали. Особенно опасны острые царапины и выточки.

Нагрузки и напряжения, соответствующие несущей способности детали, зависят от сопротивления материала усталости, а также от ряда факторов конструктивного, технологического и эксплуатационного характера. К этим факторам прежде всего относится: а) неравномерность распределения напряжений (неоднородность напряженного состояния) и их концентрация; б) абсолютные размеры сечений детали; в) свойства и состояние поверхностного слоя детали.

Нагрузки и напряжения, соответствующие несущей способности детали, зависят от сопротивления материала усталости, а также от ряда факторов конструктивного, технологического и эксплуатационного характера. К этим факторам прежде всего относятся: а) неравномерность распределения напряжений (неоднородность напр яженного состояни я) и их концентрация; б) абсолютные размеры сечений детали; в) свойства и состояние поверхностного слоя детали.

Вследствие наличия максимальных и минимальных температур в цикле одностороннее накопление пластической деформации при растяжении и сжатии локализуется в смежных областях в более горячей зоне. В результате при термической усталости часто происходит заметное изменение формы детали (местное увеличение диаметра в наиболее нагретой зоне и образование шейки в смежной), что существенно изменяет сопротивление материала усталости [19].

(со < 1 - 2 Гц) усталость. При малоцикловой усталости число циклов до разрушения составляет N < 104-105, в то время как при многоцикловой - N > 105-108 [3]. Многочисленные эксперименты с конструкционными материалами, которые подвергались воздействию циклических напряжений, в широком диапазоне изменения частоты нагружения (со = 10 - 10000 Гц) показали, что увеличение частоты приводит к ускорению процесса пластического течения по росту дефектов, а отсюда к резкому снижению общей долговечности материала.

Усталости присущи эффекты, которые не встречаются при действии обычной деформации. Так называемый эффект экструзии связан вытеснением на поверхности тонких пластинок материала по плоскостям скольжения. Обратный эффект носит название интрузия.

16.4.3.1. Агрессивность среды. С увеличением концентрации NaCI сопротивление материала усталости падает. Это хорошо видно из рис. 16.25, относящемуся к испытаниям с одинаковой амплитудой напряжений 340 МПа. Можно также отметить, что с увеличением концентрации агрессивных веществ наблюдается определенное «насыщение» уменьшения долговечности, и поэтому концентрация NaCI, превышающая 5 %, по-видимому, уже слабо влияет на долговечность.